Desain RF Rekonfigurable untuk Sistem Misi Udara: Kanalisasi dan Integrasi Lebar Pita
Seiring dengan perkembangan mikroelektronika dan teknologi perangkat bandwidth yang mendorong digitalisasi, integrasi RF akan mencapai level yang lebih tinggi dengan bandwidth yang lebih luas dan pengurangan bertahap dalam hal volume, bobot dan biaya. Selain itu, perubahan revolusioner akan terjadi pada konfigurasi perangkat keras sistem dan struktur terintegrasi dan generalisasi perangkat keras akan menjadi tren yang tidak dapat dihindari. Melalui integrasi dan miniaturisasi desain sistem misi udara, antena dari semua sistem dapat diringkas atau dirkonstruksi menjadi antena dengan jumlah rendah sesuai dengan band frekuensi dan fungsi. Selain itu, pemrosesan komprehensif dilakukan pada antena, sirkuit analog, sirkuit kontrol, sirkuit digital dan jaringan koneksi sehingga sistem transceiver RF dapat diciptakan dengan spektrum frekuensi lebar, banyak channel dan kemandirian. Tujuan integrasi RF terletak pada pengurangan biaya, bobot dan volume sehingga pengguna akan menanggap biaya dapat diterima dengan praktis dan keandalan juga meningkat. Berdasarkan eksperimen, terbukti bahwa MTBCF (Mean Time Between Critical Failures) dari sistem terintegrasi dapat ditingkatkan dua kali lipat melalui cara komunitas, modul, berbagi sumber daya, testability dan rekonstruksi untuk mewujudkan objek yang dibahas di atas.
Analisis Desain Integrasi RF
Karena serangkaian keterbatasan lahan di port, bobot, ruang dan pasokan daya, desain integrasi diterapkan oleh sistem misi udara untuk mengintegrasikan dan berbagi sumber daya dengan fungsi serupa. Akibatnya, saat memastikan implementasi indeks fungsi sistem, tujuan akan direalisasikan termasuk bobot ringan, miniaturisasi dan konsumsi daya rendah sehingga kompatibel dengan persyaratan pemasangan pesawat.
a. Dari titik keterbatasan sistem, antena pada semua sensor dan sistem transceiver menyediakan mayoritas keseluruhan sistem dalam hal bobot, lahan dan konsumsi daya, bertanggung jawab untuk emisi sinyal dan persepsi sinyal. Untuk memenuhi semua permintaan yang dibahas di atas, diperlukan untuk melakukan desain sistem RF terintegrasi:
b. Dari titik kemampuan sistem, umpan balik cepat sesuai dengan permintaan militer memanggil fleksibilitas fungsional yang tinggi sehingga fungsi baru dapat ditambahkan dengan biaya rendah dalam waktu singkat untuk mencapai peningkatan sistem yang cepat dan perluasan fungsi.
c. Dari titik perbaikan konfigurasi peralatan, efektif untuk mengimplementasikan desain terintegrasi, koleksi digital dan berbagi informasi.
d. Dari titik fleksibilitas platform, penerapan desain RF terintegrasi menyebabkan pembawa udara memenuhi persyaratan mengenai adaptabilitas pemasangan melalui pengurangan bobot dan energi. Selain itu, serangkaian masalah dapat diselesaikan dengan sukses seperti pemblokiran, gangguan elektromagnetik dan peningkatan area refleksi sebagai akibat dari peningkatan jumlah antena.
Atribut Integrasi RF
Untuk kompatibel dengan sumber daya yang terbatas pada platform dan memenuhi permintaan operasi militer, konfigurasi terbuka diterapkan dalam sistem misi udara dengan modul dasar yang berkontribusi pada keseluruhan sistem. Desain RF terintegrasi menggabungkan deteksi radar, deteksi pasif, komunikasi/data chain dan IFF (Identification Friend or Foe) sehingga perangkat elektronik terintegrasi dapat dihasilkan dengan berbagai spektrum, berbagai cara dan kemandirian.
Atribut integrasi RF meliputi:
a. Konstruksi RF terbuka;
b. Pengabdikan penuh pada digitalisasi, modularisasi, generalisasi dan standarisasi;
c. Kemampuan untuk kuat dan toleran terhadap kesalahan;
d. Kemampuan pengembangan sekunder;
e. Keandalan tinggi, akses ke dukungan, perluasan, bobot ringan dan biaya rendah dll.
Elemen dalam Desain Integrasi RF
• Elemen Desain Integrasi Penerimaan Radio
Integrasi penerimaan radio merujuk pada proses yang berbeda sistem misi secara bersama-sama berbagi saluran input RF dan mencapai fungsi penerimaan sinyal mereka sendiri. Fungsi saluran penerimaan menuntut sinyal RF yang diterima oleh antena penerimaan difilterkan, dikonversi frekuensi, digitalkan dan sinyal diproses awal dan mereka dioutput ke prosesor inti terintegrasi untuk pemrosesan sinyal dan pemrosesan data. Salah satu sinyal mungkin memerlukan beberapa saluran penerimaan yang harus dioperasikan bersama dengan persyaratan performa termasuk handover berbagi jaringan, amplifikasi low noise, gain saluran, AGC, rentang dinamis, bandwidth saluran dan keseimbangan saluran.
Elemen berikut harus dipertimbangkan mengenai integrasi penerimaan radio:
a. Frekuensi operasi;
b. Bandwidth transient saluran penerimaan;
c. Dinamis transient sinyal penerimaan;
d. Sensitivitas sinyal penerimaan;
e. Output bandwidth lebih besar dari bandwidth keseluruhan saat semua misi memegang saluran yang sama.
• Elemen Desain Integrasi Emisi RF
Integrasi emisi RF mendorong sistem misi yang berbeda untuk secara bersama-sama berbagi saluran output RF untuk menyelesaikan fungsi emisi sinyal mereka sendiri. Saluran emisi menyediakan gelombang sinyal yang sesuai, modulasi, konversi frekuensi, drive amplifikasi dan output daya yang akan dikirim ke antena. Performa utamanya terletak pada gelombang sinyal, stabilitas sinyal, gain saluran, rentang dinamis, output daya dan keurnian spektrum output.
Elemen berikut harus dipertimbangkan mengenai integrasi emisi RF:
a. Frekuensi operasi;
b. Bandwidth transient saluran emisi;
c. SFDR (Spurious Free Dynamic Range) sinyal yang dipancarkan;
d. Frekuensi sinyal yang dipancarkan;
e. Waveform output sinyal.
Elemen yang disebutkan di atas harus dijamin oleh integrasi emisi RF. Berbeda dengan integrasi penerimaan radio yang mampu menerima sinyal secara bersamaan, beberapa masalah masih tersedia pada emisi bersamaan, yang terutama terjadi pada bandwidth waveform. Masalah kunci terletak pada fakta bahwa emisi bersama multi-source meninggalkan persyaratan tinggi pada linearitas power amplifier.
Metode Desain Integrasi RF
• Metode Desain Integrasi Lubang Antena
Antena terintegrasi atau array antena adalah komponen fisik kunci yang berkontribusi pada sistem misi udara dan mengimplementasikan konversi antara energi RF listrik ruang dan energi RF listrik frekuensi tinggi oleh subsistem. Sesuai dengan persyaratan dalam hal domain udara, domain frekuensi, domain waktu dan domain modulasi, beserta properti pada fungsi, mode operasi, rentang frekuensi operasi, cakupan domain udara, periode operasi, mode modulasi, polarisasi dan adaptabilitas udara, semua jenis antena harus diintegrasikan dan teknologi lanjutan desain antena saat ini harus diterapkan sebanyak mungkin seperti bandwidth super, konformal, miniaturisasi, lubang umum dan rekonstruksi. Target desain optimal harus dicapai di sekitar indeks, volume, bobot dan biaya dan semua jenis antena harus menerima desain terintegrasi dengan fungsi dan frekuensi mereka dioptimalkan dirilis untuk akhirnya mengintegrasikan lubang antena.
a. Desain tipe terintegrasi. Dengan persyaratan seperti frekuensi operasi, cakupan domain udara dan polarisasi dipertimbangkan, antena dengan bandwidth tinggi, efisiensi tinggi dan gain tinggi harus diterapkan dan antena atau array antena harus menerima desain seragam dengan klasifikasi antena disederhanakan.
b. Desain lubang terintegrasi. Dengan memenuhi permintaan pada performa antena, desain lubang umum harus dilakukan pada antena atau array antena sebanyak mungkin dengan target desain optimal pada biaya, volume dan bobot. Berdasarkan pertimbangan pada frekuensi operasi antena, posisi pemasangan, ukuran ruang & rentang cakupan dan hasil diskusi fundamental, desain lubang umum diimplementasikan pada antena dengan posisi pemasangan yang serupa sehingga beberapa antena atau array antena diatur pada lubang yang sama untuk mengurangi ruang pemasangan antena dan meningkatkan efisiensi penggunaan lubang.
c. Desain berbagi antena. Saat berbicara tentang antena dengan persyaratan indeks yang serupa dalam hal frekuensi operasi, tipe polarisasi, gain dan ruang cakupan, desain berbagi antena dilakukan melalui pergantian saklar, combiner atau splitter sinyal dan aplikasi berbagi waktu untuk meminimalkan jumlah antena.
• Desain integrasi front end RF
Berdasarkan teknologi perangkat bandwidth daya tinggi, Microsystem Technology, MEMS (micro electro mechanical system) dan teknologi terdistribusi, sistem standar RF terintegrasi didirikan melalui generalisasi, digitalisasi dan desain modular. Selain itu, kanal transceiver RF umum dan platform perangkat keras didirikan sehingga kanal sistem RF dapat kompatibel dengan semua spektrum, dapat dirkonstruksi, digitalkan dan dimikrosistematisasi.
Menurut persyaratan pengembangan umum sistem misi udara dan definisi strukturalnya, beserta prinsip desain terintegrasi, metode desain integrasi front end RF berisi aspek-aspek berikut:
a. Kanalisasi RF. Diskrit dan dedikasi dari setiap subsistem fungsional harus dipecahkan dan semua sistem RF menerima desain kanalisasi sehingga kanal transceiver RF dapat kompatibel dengan semua spektrum dan secara umum terintegrasi.
b. Modularisasi sumber daya. Semua sumber daya perangkat keras dirancang melalui frame plane, back plane dan modul kompatibel dengan standar untuk mencapai assembly daya dan dissipasi panas yang seragam dari modul sumber daya perangkat keras.
c. Generalisasi modul. Modul sumber daya publik front end RF melalui desain generalisasi, termasuk modul daya, modul penerimaan, dan modul saklar dan desain generalisasi secara bertahap diimplementasikan pada modul preprocessing multifungsi. Salah satu sisi, desain generalisasi modul membantu mengurangi klasifikasi sumber daya. Di sisi lain, dasar didirikan untuk cadangan dan rekonstruksi fungsi.
d. Standarisasi antarmuka. Bus standar diterapkan di front end RF dan jaringan sensor diakses melalui modul antarmuka umum yang dirancang seragam. Standarisasi antarmuka mampu secara efektif mengurangi tipe dan jumlah bus sistem, bermanfaat untuk interkoneksi antar sistem.
e. Pengelolaan sumber daya seragam. Modul antarmuka umum di front end RF secara seragam menerima dan menganalisis permintaan administrasi sumber daya dari prosesor inti dan mengirimkannya ke modul preprocessing yang sesuai dan modul lain dengan pengelolaan seragam pada front end RF yang diselesaikan.
Metode Desain Modularisasi
Bagian sensor yang termasuk dalam sistem misi udara, termasuk sirkuit analog di front end RF dan sirkuit digital di rear end RF, menerapkan struktur sistem terbuka dan menggunakan modul perangkat keras standar dengan fungsi berbeda dan tipe yang sedikit yang berisi modul front end RF, modul penerimaan umum, modul preprocessing, modul pemrosesan sinyal, modul emisi multi-frekuensi, modul modulator multifungsi, unit antarmuka antena dan array saklar matriks. Modul-modul tersebut dapat digabungkan secara dinamis berdasarkan permintaan pada fungsi RF sensor untuk mewujudkan fungsi sensor yang berbeda. Mereka dapat dirancang dan diproduksi berdasarkan standar dimensi struktural yang ketat dan seragam dan dipasang dan digunakan pada frame instalasi standar.
Unit antarmuka antena menyelesaikan fungsi saklar pergantian RF, bertanggung jawab untuk mengirim sinyal RF yang diterima oleh antena ke modul front end RF. Terhubung dengan modul emitter multi-frekuensi, unit antarmuka antena mentransmisikan sinyal RF yang siap dipancarkan ke antena yang sesuai. Unit antarmuka antena mampu menyelesaikan konflik yang mungkin terjadi saat sinyal transceiver berbagi antena.
Modul penerimaan front end RF mengonversi sinyal RF menjadi frekuensi menengah standar dan saklar frekuensi menengah mentransmisikan sinyal frekuensi menengah yang dioutput oleh modul penerimaan front end RF ke modul penerimaan umum, sinyal modulasi frekuensi menengah yang dihasilkan oleh modulator multifungsi ke modul emitter yang sesuai. Saklar frekuensi menengah bertanggung jawab untuk menyelesaikan konflik yang mungkin diciptakan saat sinyal transceiver frekuensi menengah berbagi modul penerimaan umum dan modul modulator multifungsi.
Sinyal frekuensi menengah ditransmisikan ke signal preprocessor setelah diproses oleh modul penerimaan umum termasuk filtering band-pass, A/D conversion, dan DDC (Digital Down Conversion). Signal preprocessor melakukan matched filtering pada sinyal setelah digitalisasi modul penerimaan umum dengan transformasi fase sinyal dasar, capturing pulsa dan digital despreading diselesaikan. Selain itu, ia juga membagi sebagian pekerjaan pemrosesan dari prosesor sinyal dan sinyal digital setelah preprocessing ditransmisikan ke modul pemrosesan sinyal. Dalam proses emisi, signal preprocessor mengirim sinyal dasar ke multifunction modulator setelah mengimplementasikan digital spread spectrum dan pulse shaping.
Modul pemrosesan sinyal bertanggung jawab atas pemrosesan sinyal dari semua fungsi sensor, termasuk demodulasi, keseimbangan adaptif saluran, encoding dan decoding koreksi kesalahan dan enkripsi dan dekripsi.
Metode Desain Kanalisasi
Karena beberapa channel bekerja bersama atau secara independen di front end RF terintegrasi dan suatu waveform sinyal tertentu sedang diproses, semua sumber daya modul perangkat keras dapat digabungkan bersama dalam jaringan konversi digital untuk menciptakan thread perangkat keras yang mendukung pemrosesan waveform sinyal. Front end RF terintegrasi mampu mendukung beberapa thread perangkat keras yang dapat bekerja secara seragam atau independen sesuai dengan strategi pemindaian antena atau prosedur pemrosesan sinyal. Akibatnya, front end RF sistem mampu memproses beberapa sinyal dengan beberapa fungsi yang dicapai berdasarkan persyaratan pemrosesan informasi sistem. Channel redundant masih tersedia dalam channel RF, tuning dan frekuensi menengah sehingga semua channel dipertahankan sebagai cadangan satu sama lain untuk meningkatkan keandalan sistem. Jika ada kesalahan pada beberapa channel sinyal yang gagal sepenuhnya mendukung pemrosesan paralel beberapa sinyal, thread pemrosesan paralel atau berbagi waktu yang berbeda dapat dibentuk sesuai dengan mode kerja sistem dan prioritas pemrosesan sinyal.
Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1, banyak channel paralel dari beberapa sinyal tersedia di front end RF, yang dapat dialihkan atau bekerja secara paralel melalui kontrol sistem. Channel penerimaan tuning mengekstrak semua jenis sinyal yang relatif murni yang kemudian jatuh ke frekuensi menengah melalui konversi frekuensi. Semua sinyal dapat dibagi dengan wajar ke beberapa channel frekuensi menengah publik dengan metode berbagi frekuensi atau waktu dan diproses di digital receiver multifungsi setelah seleksi dan penggabungan oleh array saklar. Sistem menerapkan integrator frekuensi terintegrasi dengan properti bandwidth lebar, frekuensi multi-titik, kelincahan cepat dan output kombinasi.
Metode Desain Mikrosistematisasi
Mikrosistem mengintegrasikan komponen seperti sensor, sirkuit pembaca, prosesor sinyal digital, AD/DA, komponen transceiver dan pasokan daya dalam rentang mikrometer sehingga volume dan konsumsi daya sistem dan konfigurasi dapat secara drastis dikurangi. Konfigurasi mikrosistem kanal transceiver RF, perangkat dan komponen dengan penerapan teknologi 3S (Sop, Sip, Soc) menyebabkan perkembangan kunci dari bandwidth lebar.
Teknologi Unggulan
• Teknologi Desain Terintegrasi Sistem
Teknologi desain terintegrasi sistem memainkan peran potensial dalam mencapai integrasi sistem misi, memanfaatkan sebaik mungkin efisiensi semua jenis perangkat elektronik dan memastikan kemampuan militer terintegrasi. Berpusat pada perspektif sistem, integrasi harus diimplementasikan pada komposisi, konstruksi, fungsi dan metode interkoneksinya sehingga desain integrasi sistem misi dapat dioptimalkan. Sesuai dengan misi militer dan persyaratan misi, integrasi sistem misi bertanggung jawab untuk mendefinisikan, menganalisis, merancang, menguji dan mengevaluasi keseluruhan sistem untuk mendorong sistem misi kompatibel dengan persyaratan misi dalam hal fungsi, performa, keandalan, pemeliharaan, supportability dan biaya siklus hidup. Desainer sistem harus berpartisipasi dalam perencanaan dan penelitian sesuai dengan proyek konform, berkepanjangan dan fundamental industri.
• Teknologi Desain Konstruksi Sistem Terbuka
Konstruksi sistem terbuka bermanfaat untuk pembentukan sistem terdistribusi menyediakan kemudahan untuk interkoneksi dan interoperabilitas antara perangkat keras dari produsen yang berbeda, komputer dengan nomor tipe yang berbeda atau lainnya. Nyaman untuk transmigrasi dan peningkatan perangkat keras dan perangkat lunak serta perluasan fungsi sistem. Juga, membantu menyusutkan periode penelitian dan pengembangan karena mendukung skala sistem yang berubah-ubah.
Kunci implementasi konstruksi sistem terbuka terletak pada manufaktur semua jenis antarmuka standar dan konformabilitas sehingga standar dan peraturan yang sama dapat diikuti oleh unit pengembangan dan manufaktur produk yang berbeda. Selain perangkat keras, perangkat lunak juga terlibat dalam konstruksi sistem terbuka, masih memainkan peran signifikan dalam sistem terbuka perangkat lunak, reusability dan skala yang berubah-ubah. Selain itu, dianggap sebagai langkah penting untuk mengurangi biaya siklus hidup sistem dan periode pengembangan. Versi baru perangkat lunak sistem misi terintegrasi harus sesuai dengan standar dan peraturan seragam dan beberapa properti perangkat lunak, termasuk reusability, standarisasi, intellectualization, transmigrasi dan keandalan harus disertakan di antara parameter karakteristik teknologi perangkat lunak representasi.
• Teknologi Desain Integritas Lubang Antena
Sebagai bagian penting dari sistem misi udara, antena atau array antena bertanggung jawab untuk memancarkan dan menerima banyak sinyal radio. Karena banyaknya komposisi sistem, permintaan meningkat terhadap tipe dan jumlah antena dan permintaan yang berbeda tersedia dalam hal rentang frekuensi operasi, mode polarisasi, gain dan ruang cakupan udara. Selain itu, karena keterbatasan ruang platform udara dan posisi pemasangan antena, tata letak antena sistem menjadi kasar, meninggalkan permintaan ketat untuk pengurangan jumlah antena.
Untuk menurunkan kesulitan tata letak antena sistem, desain integritas antena atau array antena harus dilakukan setelah permintaan antena terpenuhi yang kompatibel dengan fungsi. Semua antena harus diintegrasikan dan dibagikan untuk membuatnya front end dari sensor yang berbagi sehingga lubang antena dapat diterapkan dengan cara terintegrasi. Selain itu, untuk memastikan EMC (Electromagnetic Compatibility) antara fungsi saat sistem bekerja, desain optimal harus dilakukan pada tata letak antena dalam sistem untuk meminimalkan efek pada performa antena dan efek saling antara antena.
• Teknologi CIP
CIP dengan integrasi tinggi dalam sistem menggabungkan banyak teknologi lanjutan dan banyak fungsi komputasi, pemrosesan, kontrol dan administrasi diselesaikan di dalamnya. CIP bertanggung jawab untuk pemrosesan terintegrasi, data fusion, komputasi misi, generasi informasi video, komputasi navigasi, manajemen penyimpanan, cadangan elektronik dan manajemen pertahanan, manajemen komunikasi, kontrol sistem dan pemantauan kegagalan, inspeksi dan rekonstruksi data input sensor. Banyak karakteristik signifikan dari versi baru sistem misi terlibat dalam CIP yang secara teknis memanfaatkan sebaik mungkin properti modul umum, sistem pemrosesan paralel dan sistem operasi real-time terdistribusi, memproses sumber daya dengan inti bersama dan meningkatkan performa serta keandalan untuk memenuhi persyaratan kemampuan pemrosesan udara dan perkembangan cepat kemampuan komputasi.
• Teknologi Digitalisasi Kanal RF Konfigurable Lebar Pita
Sistem misi udara mencakup rentang frekuensi yang luas, banyak jenis metode modulasi sinyal dan format sinyal serta level sinyal dengan perbedaan yang luas. Perangkat dalam sistem komunikasi densitas perangkat keras tradisional memiliki hubungan interkoneksi yang rumit, biaya tinggi, tingkat kesulitan upgrade yang tinggi dan interkoneksi yang sulit antar sistem. Oleh karena itu, diperlukan untuk bergantung pada software radio dan teknologi sampling RF, untuk mendorong digitalisasi dan untuk mengurangi kanal pemrosesan front end RF dan untuk meningkatkan re-usage fungsi pemrosesan sinyal digital di rear end untuk menyelesaikan beberapa masalah integrasi yang berkaitan dengan fungsi multiple, rentang frekuensi yang luas dan metode modulasi multiple dari sistem. Plus, penerapan perangkat keras dan perangkat lunak modular membawa kemudahan untuk desain sistem dan pengenalan teknologi baru sehingga performa akan meningkat, biaya dan waktu berkurang.
Sumber Manfaat:
• Setbacks and Solutions in RF PCB Design
• Flyback Power Module Circuit Design for RFID Reader
• Guidelines for RF and Microwave PCB Design
• Full Feature PCB Manufacturing Service from PCBCart - Multiple Value-added options
• Advanced PCB Assembly Service from PCBCart - Start from 1 piece
